[发明专利]用于记录图像以及表面研究的方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2006年4月28日提交的、具有与本申请实质上相同名称的、以发明人Torbjorn Sandstrom的名义(为了美国的目的)的美国临时申请No.60/796,179的优先权和权益。该临时申请据此通过引用而并入。

技术领域

本申请公开了一种记录图像的新方法。其涉及许多科学和技术领域中的显微镜方法和表面分析。具体地，其涉及在微电子学中使用的表面的成像和检测(inspection)：无图案的和有图案的(patterned)晶片和光掩膜。在其记录电幅度的意义上讲，其涉及全息术(holography)。应用包括显微镜方法、缺陷检测、散射测量(scatterometry)、以及光学测量(optical metrology)。

背景技术

在一般的光学成像中，记录光的强度。该强度是电场的大小或者幅度的平方。

I(x，y)＝|E(x，y)|²      (1)

然而，该电场还具有在检测器中丢失的相位。在通常情况下，其还具有两个偏振P1和P2(或者有时被标为p和s)，其典型地是线性偏振并且具有分别与x和y轴平行的电场，其中xyz是正交坐标系并且z是传播的局部方向。因而，当仅记录强度时，人们关于图像中的实际电场知之甚少。人们仅知道

|E_p1(x，y)|²+|E_p2(x，y)|²＝I(x，y)      (2)。

经常记录图像以便用于分析表面的光学属性。由于仅记录强度信息，因此分析的能力受限制。这是所谓的反向成像(inverse imaging)问题的主题，在该反向成像问题中，利用推理的知识组合一个或若干图像以分析在图像自身示出的表面特征之外的表面特征。通常，可以从强度图像反向地重新构造许多对象，这是因为所述对象给出同一强度图像，并且必须基于统计属性或者推理的知识将一个对象选择为比另一个对象更合适。这是自从摄影和显微镜方法的开端以来大多数成像和摄影工作的方式。然而，如果可以将更多的相位和幅度信息记录在图像平面中，则更充分的分析将是可能的。

在所谓的相移(phase-stepping)干涉仪中，以图像之间参考光束中的已知相移记录多个干涉图。将图像的集合用于计算光学相位中的变化，即，光学路径中的变化，其导致表面的高度映像。在多种相移干涉测量、白光干涉测量中，在干涉仪中使用宽波长范围，并且可以建立测试光束和参考光束中精确相等的路径长度的条件，从而解决干涉仪中的多个解决方案带来的问题。白光干涉仪像是具有照相机的一般显微镜。在分析之后，服务白光干涉仪的计算机输出与一般显微镜图像类似的图像以及作为表面的光学相位或者高度的另一个图像。后者具有一位纳米或者更好的分辨率。本质上，相移和白光干涉仪记录来自一系列图像的电场的大小和相位。相移和白光干涉仪对于精确的高度测量有益处。

另一种捕捉更多信息的方式是通过椭率测量。在椭率测量中，光束一般是以较高的入射角度被表面反射。入射光束被以已知方式偏振，典型地具有相对于入射平面45度的偏振方向的线性偏振。表面不同地影响与入射平面平行(“p”)和垂直(“s”)偏振的光。可以想象在反射点处光束被分离为p光束和s光束。以不同的衰减和相位延迟将它们反射，并将它们立即重新组合以给出与入射偏振不同的偏振。通过测量之前和之后的偏振并且比较这两者，可以确定p光束和s光束之间的幅度和相位的差。通过与表面的光学模型的比较，可以确定表面的两个所选参数、经常是表面薄膜的厚度和折射率。椭率测量也可以通过组合偏振系统与成像光学器件来产生图像。通过使用同一光束的两个分量之间的差作为信息承载量，椭率测量具有低噪声并且对于较小的表面改变极为敏感。

第三个背景技术是所谓的直接到数字全息术DDH。来自显微镜的图像通过与来自该图像的光相干的参考覆盖(reference blanket)照明光束叠置在图像检测器上。参考光束具有相对于来自图像的光的角度偏移，并且在传感器上产生密集边缘图案。边缘的对比度给出图像中电场的大小以及该电场的相位的边缘布置。因而，具有大小和相位两者的图像可以如在相移干涉仪中那样被计算，但是从单个所记录的图像对其进行计算。DDH的优点是其速度快。利用在每个几何位置处所需要的单个曝光，DDH适于扫描较大表面的缺陷。所发现的缺陷可能不在一般显微镜图像中可见。因此可以将DDH用作对于明场和暗场图像进行缺陷检测的补充，特别是对于在z方向延伸的缺陷。